Phản ứng: Fe3O4 + HNO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + H2O

1. Phương trình phản ứng:

Cho Fe3O4 tác dụng với dung dịch axit nitric HNO3 đặc, hiện tượng sau phản ứng xuất hiện khí thoát ra màu nâu đỏ (NO2)

Fe3O4 + 10HNO3 → 3Fe(NO3)3 + NO2 + 5H2O

Phản ứng hóa học trên được xếp vào nhóm:

– Phản ứng kim loại với axit.

– Phản ứng oxi hóa khử.

Phản ứng khi cho Fe3O4 tác dụng với dung dịch HNO3 có nhiều kết quả khác nhau bởi sắt là một kim loại có nhiều số oxi hóa là +2 và +3 bên cạnh đó nguyên tố Nitơ trong axit cũng có nhiều số oxi hóa nên khi thực hiện phản ứng tùy vào từng điều kiện thực hiện khác nhau mà sẽ thu được những kết quả khác nhau. Thông thường, các dạng bài tập khi cho Fe3O4 +HNO3 , chúng ta thường dựa vào cách nhận biết sản phẩm khử là gì ở trong đề bài thông qua miêu tả như: khí nâu thoát ra, khí không màu hóa nâu trong không khí . . .

Tuy nhiên, khi tác dụng với những axit có tính oxi hóa mạnh như HNO3 thì kim loại Fe được đẩy lên mức oxi hóa cao nhất là Fe+3 để tạo thành muối Fe(NO3)3. Trong trường hợp này, N+5 trong HNO3 bị khử thành N+4 trong hợp chất NO2.

2. Cách cân bằng phương trình phản ứng:

Cân bằng phản ứng bằng phương pháp thăng bằng electron

Bước 1: Xác định sự thay đổi số oxi hóa

+8/3Fe3O4 + HN+5O3 → Fe+3(NO3)3 + N+4O2 + H2O

Bước 2: Viết quá trình trao đổi electron. Quá trình khử, quá trình oxi hóa

Bước 3: Đặt hệ số thích hợp

Vậy phương trình phản ứng:

Fe3O4 + 10HNO3 → 3Fe(NO3)3 + NO2 + 5H2O

3. Tính chất của Fe3O4:

Fe3O4 là hỗn hợp của hai oxit FeO, Fe2O3. Có nhiều trong quặng manhetit, có từ tính.

– Tính chất vật lý: Là chất rắn, màu đen, không tan trong nước và có từ tính

– Tính chất hóa học:

+ Fe3O4 tác dụng với dung dịch axit như HCl, H2SO4 loãng tạo ra hỗn hợp muối sắt (II) và sắt (III).

    Fe3O4 + 8HCl → 2FeCl3 + FeCl2 + 4H2O

    Fe3O4 + 4H2SO4 loãng → Fe2(SO4)3 + FeSO4 + 4H2O

+ Fe3O4 là chất khử khi tác dụng với các chất có tính oxi hóa mạnh:

    3 Fe3O4 + 28HNO3 → 9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O

    2Fe3O4 + 10H2SO4 → 3Fe2(SO4)3 + SO2↑ + 10H2O

+ Fe3O4 là chất oxi hóa khi tác dụng với các chất khử mạnh ở nhiệt độ cao như: H2, CO, Al:

     Fe3O4 + 4H2  3Fe + 4H2O

     Fe3O4 + 4CO  3Fe + 4CO2

    3 Fe3O4 + 8Al  4Al2O3 + 9Fe

4. Điều chế và ứng dựng Fe3O4 trong thực tế:

Thứ nhất, điều chế:

– Trong tự nhiên oxit sát từ là thành phần quặng manhetit.

– Đốt cháy sắt trong oxi không khí thu được oxit sắt từ: 3Fe + 2O2 → Fe3O4

– Nung nóng Fe trong nước dạng hơi ở nhiệt độ < 570độC: 3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4H2

Thứ hai, ứng dụng:

– Quặng manhetit có hàm lượng sắt cao nhất được dùng trong ngành luyện gang, thép. Fe3O4 hạt nano được dùng để dánh dấu tế bào và xử lí nước bị nhiểm bẩn.

5. Tính chất hoá học của HNO3:

– HNO3 là một trong các axit mạnh nhất, trong dung dịch loãng phân li hoàn toàn thành ion H+ và NO3-.

HNO3 mang đầy đủ các tính chất của 1 axit như: làm quỳ tím hóa đỏ, tác dụng bazơ, oxit bazơ và muối của axit yếu hơn tạo thành muối nitrat. Ví dụ:

MgO + 2HNO3 → Mg(NO3)2 + H2O

Ca(OH)2 + 2HNO3 → Ca(NO3)2 + 2H2O

BaCO3 + 2HNO3 → Ba(NO3)2 + CO2 + H2O

– Axit nitric là một trong những axit có tính oxi hóa mạnh. Tùy thuộc vào nồng độ của axit và độ mạnh yếu của chất khử, mà HNO3 có thể bị khử đến các sản phẩm khác nhau của nitơ.

a. Tác dụng với kim loại:

+ HNO3 phản ứng với hầu hết các kim loại trừ Au và Pt tạo thành muối nitrat, H2­O và sản phẩm khử của N+5 (NO2, NO, N2O, N2 và NH4NO3).
+ Thông thường: HNO3 loãng → NO, HNO3 đặc → NO2 .

+ Với các kim loại có tính khử mạnh: Mg, Al, Zn,… HNO3 loãng có thể bị khử đến N2O, N2, NH4NO3.

Cu + 4HNO3 đặc → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

Fe + 4HNO3 loãng → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O

4Zn + 10HNO3 loãng → 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

* Chú ý: Fe, Al, Cr bị thụ động trong dd HNO3 đặc, nguội do tạo màng oxit bền, bảo vệ kim loại khỏi tác dụng của axit, do đó có thể dùng bình Al hoặc Fe để đựng HNO3 đặc, nguội.

b. Tác dụng với phi kim:

HNO3 có thể oxi hoá được nhiều phi kim, như:

S + 6HNO3 đặc → H2SO4 + 6NO2(↑) + 2H2O (nhiệt độ)

C + 4HNO3 đặc → 4NO2 + 2H2O + CO2

P + 5HNO3 đặc → 5NO2 + H2O + H3PO4

3C + 4HNO3 loãng → 3CO2 + 4NO + 2H2O

c. Tác dụng với hợp chất:

HNO3 đặc còn oxi hóa được hợp chất vô cơ và hữu cơ. Vải, giấy, mùn cưa, dầu thông,… bị phá hủy hoặc bốc cháy khi tiếp xúc với HNO3 đặc.

4HNO3 + FeO → Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O

4HNO3 + FeCO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O + CO2

Fe3O4 + 10HNO3 → 3Fe(NO3)3 + NO2 + 5H2O

6. Bài tập vận dụng và hướng dẫn giải:

Câu 1. Chất nào sau đây khí phản ứng với dung dịch HNO3 đặc nóng sẽ không sinh ra khí?

A. FeO

B. Fe3O4

C. Fe2O3

D. Fe(OH)2

Lời giải

Câu 2. Hòa tan một lượng FexOy bằng H2SO4 loãng dư được dung dịch X. Biết X vừa có khả năng làm mất màu dung dịch thuốc tím, vừa có khả năng hòa tan được bột Cu. Oxit sắt đó là:

A. FeO

B. Fe2O3

C. Fe3O4

D. A hoặc B